CN114113283A - 一种呼出气体采集装置和质谱分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分析仪器技术领域，具体涉及一种呼出气体采集装置和质谱分析装置。本发明的呼出气体采集装置包括采样储存器和控制器，所述采样储存器包括主管道，所述主管道两端分别设置有单向唅管和CO2传感器，所述CO2传感器与所述控制器通过信号线连接，所述主管道上还设置有用于采集呼出气体的样品采集接口和用于排出呼出气体的排气口。本发明还提供上述呼出气体采集装置与质谱仪联用的装置。本发明的装置结构简单、操作简便、采集成功率高和采集过程可靠的优点，具有很好的应用前景。

Description

一种呼出气体采集装置和质谱分析装置
技术领域
本发明属于分析仪器技术领域，具体涉及一种呼出气体采集装置和质谱分析装置。
背景技术
人体呼出气体检测是对人呼出的气体中的成分进行检测的方法。目前为止，已经实现了对呼出气体中的1000多种成分的检测和研究。由于呼出气体检测采样简单、高效，其在疾病诊断、研究和酒驾检测等方面有着非常广泛的用途。
由于人体呼出气体的采样过程是在空气环境中进行的，因此，需要确保采集的样品是人体呼出气体而非空气，这是得到准确的检测结果的基础。针对于此，中国发明专利申请“CN113219042A一种用于人体呼出气体中各成分分析检测的装置及其方法”，其采集人体呼出气体的装置包括样品流速检测装置和二氧化碳浓度检测装置，其中样品流速检测装置用于人体呼出气体流速的检测，二氧化碳浓度检测装置用于人体呼出气体二氧化碳浓度的检测，只有在人体呼出气体的流速和二氧化碳浓度的检测数据达到指标要求，才能够确认此事采集到的气体样品是人体呼出气体。
然而，上述采集装置在实际使用过程中仍然存在一定的问题，首先，其结构中包括多种检测装置，结构较复杂，较为笨重，使用不便；其次，为了成功地进行采样，需要被采样者的呼吸进行良好的配合，否则非常容易发生空气和呼出气体在采用装置中混合的情况，导致采样失败。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、易于使用和采样成功率更高的呼出气体采集装置和质谱分析装置。
一种呼出气体采集装置，包括采样储存器和控制器，所述采样储存器包括主管道，所述主管道两端分别设置有单向唅管和CO2传感器，所述CO2传感器与所述控制器通过信号线连接，所述主管道上还设置有用于采集呼出气体的样品采集接口和用于排出呼出气体的排气口。
优选的，所述排气口上设置有排气管，所述排气管的管径为1-10mm。
优选的，所述样品采集接口和所述主管道之间设置有缓冲罐。
优选的，所述缓冲罐的体积为10-1000ml。
优选的，所述主管道上还设置有清洗管。
优选的，所述清洗管通过气体管路与0级空气瓶连接，所述气体管路的一部分经过所述控制器，所述控制器中设置有用于检测并控制所述气体管路中流量的流量计模块。
优选的，所述主管道上还设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述控制器通过信号线连接。
优选的，所述采样储存器的外部设置有加热腔，所述CO2传感器的表面设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器通过信号线连接。
本发明还提供一种呼出气体质谱分析装置，包括上述呼出气体采集装置和质谱仪，所述质谱仪的进样口与所述样品采集接口连接，所述质谱仪与所述控制器通过信号线连接。
本发明的技术方案通过一个单向唅管收集呼出气体，单向唅管只能进气不能出气，因而本发明的采样储存器只有一个排气口能够完全与外界空气相通。当被采样者对单向唅管进行呼气时，主管道中的原本的空气通过排除口排出，当CO2传感器检测到CO2的浓度达到标准后，即可判断此时的气体为人体呼出气体，可进行采样和检测；而当CO2传感器检测到CO2的浓度不达标准时则立刻停止采样。在这个过程中，即使被采样者不慎发生了吸气，也不会有空气倒灌进入主管道内，只要被采样者在较短时间内继续呼气就能继续采样的过程。由此可见，本发明不但省去了流量检测装置，简化了呼出气体采集装置的结构及人体呼出气体采集的方法，而且能够减少空气进入采样储存器的情况，提高人体呼出气体采集的成功率。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1中采样储存器的结构示意图；
图3为实施例1中控制器的结构示意图；
图4为实施例2中呼出气体质谱分析装置的结构示意图。
其中，1-采样储存器，101-单向唅管，102-主管道，103-加热腔，104-清洗管，105-气体温度传感器，106-CO2传感器，107-温度传感器，108-排气口，109-缓冲罐，110-样品采集接口，111-第一电缆插座，2-控制器，201-外壳，202-主控模块，203-电源模块，204-进电源保险及开关，205-温控模块，206-第二电缆插座，207-控制接口，208-流量计模块，209-清洗管路出口，210-0级空气入口，3-0级空气瓶，4-质谱仪。
具体实施方式
实施例1 呼出气体采集装置
本实施例提供一种呼出气体采集装置，包括采样储存器1和控制器2。
采样储存器1包括主管道102，所述主管道102两端分别设置有单向唅管101和CO2传感器106。单向唅管101可采用一次性的单向唅管101。CO2传感器106的侧面设置用于排出呼出气体的排气口108。所述排气口108上设置有排气管，所述排气管的管径为1-10mm，本实施例中优选为2mm。经过尺寸限制的排气口可以有效延长人体呼气时间，使得采集成功率提高。所述主管道102侧面还设置有用于暂时存储呼出气体的缓冲罐109，缓冲罐109的体积为10-1000ml，本实施例中优选为200ml。缓冲罐109的下端设置有用于采集呼出气体的样品采集接口110。在上述结构中，主管道102只有一个排气口108与外界空气连通，因而避免了被采集者吸气导致空气倒灌，这使得采集的可靠性更好，成功率更高，同时省略呼出气流量监测的必要，能够简化装置的结构。
主管道102上还设置有清洗管104、第一温度传感器105和第一电缆插座111。清洗管104用于通入清洗气体，清洗气体采集装置及其后端连接的检测装置。第一温度传感器105固定于主管道102顶部，接近于内部气体流通管道壁，用于实时测量主管道102内气体温度。
本实施例中，还在采样储存器1的外部设置有加热腔103，所述CO2传感器106的表面设置有第二温度传感器107，所述加热腔103覆盖于主管道102及缓冲罐109表面，目的在于将这些装置的内壁加热至40～50℃，该设计有利于最大限度减少呼出气附着于管道通道表面，使得多次测量间不会相互干扰；避免有机物分子的碎裂；保证整个呼出气体采集装置不发生冷凝，提高装置可靠性。第二温度传感器107用于对加热腔进行加热控制反馈。
控制器2包括外壳201，外壳201上设置进电源保险及开关204和第二电缆插座206，第二电缆插座206与第一电缆插座111连接，从而实现对采样储存器1中各种传感器和加热腔103的控制和供电。外壳201中设置主控模块202、电源模块203和温控模块205等必要的工作模块。这些模块的电路结构及其控制程序可通过现有技术实现。外壳201上还设置有控制接口207，用于与后端的检测仪器连接，控制检测仪器的工作过程。
本实施例的清洗系统主要包括通过气体管路连接的清洗管104和0级空气瓶3连接，所述气体管路的一部分经过所述控制器2，所述控制器2中设置有用于检测并控制所述气体管路中流量的流量计模块208。所述控制器2的外壳201上设置有0级空气入口210和清洗管路出口209，0级空气入口210和清洗管路出口209分别供气体管路进出。测试不同的受试者时，在两个受试者之间可采用清洗系统通入0级空气对采样储存器1及其后端连接的检测设备进行清洗。
实施例2 呼出气体质谱分析装置
本实施例提供一种呼出气体质谱分析装置，包括实施例1的呼出气体采集装置和质谱仪4，所述质谱仪4的进样口与所述样品采集接口110连接，所述质谱仪4与所述控制器2的控制接口207通过信号线连接。质谱仪4可采用质子转移反应飞行时间质谱仪或紫外光电离飞行时间质谱仪，其具体结构均为现有技术。
本实施例的工作过程如下：
采集人体呼出气体前，对采样储存器1进行加热，达到目标温度(通常为40～50℃)后，控制器2通过特定指示灯进行提示，此时开始进行呼出气采样工作。进行采集时，被采集者可以通过单向唅管101吹气,。当控制器2检测到CO2浓度达到一定阈值浓度(通常为1％-3％)后，通过特定指示灯进行提示，同时质谱仪4开始抽气，呼出气体进入缓冲罐109。当采集足够的气体后，通过特定指示灯进行提示，被采集者可以停止呼气。在此之前如遇到意外情况导致CO2浓度低于阈值，通过特定指示灯进行提示，终止采样过程。同时执行清洗流程，0级空气泵入5-50s，流速1-3L/min。如果正常采样完成，通过特定指示灯进行提示后，质谱仪4开始分析。分析完成后，仪器开始自动清洗，0级空气泵入5-50s，流速1-3L/min。清洗完成后，通过特定指示灯进行提示。上述整个采集分析流程完成，可以在质谱仪4上获取检测结果，进入下一个循环。上述过程全自动化，无需人工干预，仅需按照指示灯指示进行操作，全程与质谱仪联动，可以确保采样过程的质控可靠，从而保证检测的准确性。
通过上述实施例可以看到，本发明的呼出气体采集装置及其与质谱仪的联用装置具有结构简单、操作简便、采集成功率高和采集过程可靠的优点，因而其具有很好的应用前景。

Claims (9)

1.一种呼出气体采集装置，其特征在于：包括采样储存器(1)和控制器(2)，所述采样储存器(1)包括主管道(102)，所述主管道(102)两端分别设置有单向唅管(101)和CO2传感器(106)，所述CO2传感器(106)与所述控制器(2)通过信号线连接，所述主管道(102)上还设置有用于采集呼出气体的样品采集接口(110)和用于排出呼出气体的排气口(108)。
2.按照权利要求1所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述排气口(108)上设置有排气管，所述排气管的管径为1-10mm。
3.按照权利要求1所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述样品采集接口(110)和所述主管道(102)之间设置有缓冲罐(109)。
4.按照权利要求3所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述缓冲罐(109)的体积为10-1000ml。
5.按照权利要求1所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述主管道(102)上还设置有清洗管(104)。
6.按照权利要求5所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述清洗管(104)通过气体管路与0级空气瓶(3)连接，所述气体管路的一部分经过所述控制器(2)，所述控制器(2)中设置有用于检测并控制所述气体管路中流量的流量计模块(208)。
7.按照权利要求1所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述主管道(102)上还设置有第一温度传感器(105)，所述第一温度传感器(105)与所述控制器(2)通过信号线连接。
8.按照权利要求1所述的呼出气体采集装置，其特征在于：所述采样储存器(1)的外部设置有加热腔(103)，所述CO2传感器(106)的表面设置有第二温度传感器(107)，所述第二温度传感器(107)与所述控制器(2)通过信号线连接。
9.一种呼出气体质谱分析装置，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的呼出气体采集装置和质谱仪(4)，所述质谱仪(4)的进样口与所述样品采集接口(110)连接，所述质谱仪(4)与所述控制器(2)通过信号线连接。
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